JP5211054B2 - 風力発電装置のロータヘッド、その製造方法、およびその搬送組立方法、ならびに風力発電装置 - Google Patents
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Description
ロータヘッドの軸線方向から風車翼に当たった風の力が、ロータヘッドを軸線周りに回転させる動力に変換されるようになっている。
このように、ロータヘッドが大型化すると、鋳物による一体製作が困難となる、あるいは製作できなくなる恐れがある。また、ロータヘッドを組立現場に搬送するのも大変な作業およびコストを要することになる。
このため、ロータヘッドの大型化に対応できる構造が強く求められている。
これは、ロータヘッドが、中央のコア部と各風車翼を取り付ける3個の外側部とに分割され、それらを接合して形成されている。
これにより、コア部および外側部は信頼性のある大きさで鋳物によって製作できるので、高い品質で製造できる。また、小さなものを運搬するので、運送も容易となるものである。
一般に、接合構造の強度は、一体構造のものに比較して弱いので、大きな荷重が作用するものでは長期的な信頼性に問題がある。
本発明の第1態様は、複数の風車翼が軸線回りに放射状に取り付けられている風力発電装置のロータヘッドであって、複数に分割されて形成された分割体を接合して構成され、該分割体同士の接合部分の少なくとも一つは前記軸線に交差する面内に形成され、前記接合部分は、前記各風車翼の軸線中心を通る面内に形成された鞍部に位置するとともに、厚さ方向の外側および内側に突起するように設けられている風力発電装置のロータヘッドである。
分割体同士の接合部分の少なくとも一つは、ロータヘッドの軸線に交差する面内に形成されているので、この分割面は風向に交差する方向に形成されている。風車翼に風が当ると、風車翼は風下側にたわむことになるので、風車翼の取付面に作用する曲げ荷重は風上側および風下側が大きくなり、風向に交差する方向に向かって小さくなる。したがって、分割体同士の接合部分はこの曲げ荷重が小さい部分に設けられていることになるので、接合構造の信頼性を高くすることができる。
また、この接合部分は風車翼の取付用開口部間を切断するように形成されているので、分割体を鋳物で製造する場合に、この部分を溶湯の入口あるいは出口とすることができる。これにより、取付用開口部間の鞍部を溶湯が流れることを求める必要がなくなるので、断面積、すなわち、開口部間の幅を小さくすることができる。開口部間の鞍部を小さくできると、ロータヘッドを小型化することができる。
また、前記接合部分には、溶湯の入口または出口が設けられていることが望ましい。
また、上記第1態様に用いられる風力発電装置のロータヘッドの製造方法は、鋳造される前記分割体の前記接合部分が上になるように鋳型を形成し、溶湯を前記鋳型の下部から注入し、前記接合部分を溶湯の出口とすることが望ましい。
また、上記第1態様に用いられる風力発電装置のロータヘッドの搬送組立方法は、前記分割体をそれぞれ別個に組立現場に搬送し、該組立現場にて、搬送された前記分割体同士を、前記接合部分を用いて接合することが望ましい。
分割体同士の接合部分の少なくとも一つは、ロータヘッドの軸線に交差する面内に形成されているので、接合構造の信頼性を高くすることができる。
また、この接合部分は風車翼の取付用開口部間を切断するように形成されているので、開口部間の鞍部を小さくでき、ロータヘッドを小型化することができる。
4 ロータヘッド
6 風車翼
7 発電設備
13 前部ロータヘッド
14 後部ロータヘッド
16 接合部
18 リーマ穴
19 リーマピン
L 回転軸線
O,OA,OB,OC 軸線中心
図1は、本実施形態にかかる風力発電装置1の全体概略構成を示す側面図である。
風力発電装置1には、基礎B上に立設された支柱2と、支柱2の上端に設置されたナセル3と、略水平な軸線周りに回転可能にしてナセル3に設けられたロータヘッド4と、ロータヘッド4を覆う頭部カプセル5と、ロータヘッド4の回転軸線(軸線)L周りに放射状に取り付けられる複数枚の風車翼6と、ロータヘッド4の回転により発電を行う発電設備7と、が設けられている。
支柱2の最上部には、ナセル3が設けられている。支柱2が複数のユニットから構成されている場合には、最上部に設けられたユニットの上にナセル3が設置されている。
発電設備7としては、主軸8の回転数を増加させる増速機と、ロータヘッド4の回転駆動力が伝達され発電を行う発電機と、発電機により発電された電圧を所定の電圧に変換するトランスと、が設けられているものを挙げることができる。
ロータヘッド4には、その回転軸線L周りに放射状にして複数枚の風車翼6が取り付けられ、その周囲は頭部カプセル5により覆われている。
これにより、風車翼6にロータヘッド4の回転軸線L方向から風が当たると、風車翼6にロータヘッド4を回転軸線L周りに回転させる力が発生し、ロータヘッド4が回転駆動される。
ロータヘッド4は、回転軸線Lの方向、すなわち、風向Wから見ると、角部が凹湾曲した略正三角形状をしている。風車翼取付部10A,10B,10Cは、図3に示されるように、正三角形の各辺に対応する位置に、略円形状に形成されている。
面11は、ロータヘッド4の回転軸線Lに略直交するように交差している。
前部ロータヘッド13および後部ロータヘッド14における風車翼取付部10A,10B,10Cの間の凹湾曲した鞍部15には、接合部(接合部分)16が設けられている。
接合部16の本体部分には、位置決め用のリーマ穴(位置決め部材)18が複数、たとえば、2個形成されている。
なお、ボルト孔17にネジを切って、ナット22を用いないでボルト20によって接合するようにしてもよい。
これにより、ロータヘッド4が大型化してもそれを確実に製造することができる。また、前部ロータヘッド13および後部ロータヘッド14はそれぞれ別個に組立現場に搬送できるので、それらを容易に搬送することができる。
基部21は、旋回輪軸受23の内輪25の両端部を一対の略円形状の天板29で挟んで形成されている。
外周側(図5の下側)の天板29には風車翼6が固定して取り付けられているので、風車翼6の全体がロータヘッド4に対して回動可能に支持されている。
風力発電装置1においては、ロータヘッド4の回転軸線L方向から風車翼6に当たった風の力が、ロータヘッド4を回転軸線周りに回転させる動力に変換される。
ここで、少なくとも発電を行っている間は、風の力を風車翼6に効果的に作用させるため、適宜ナセル3を水平面上で回転させることにより、ロータヘッド4は風上に向けられている。
図4は、風車翼取付部10Aにおける旋回輪23に作用する荷重分布Pを示している。面11は、風車翼取付部10Aの軸線中心OAを通り、軸線中心L、すなわち、風向Wに略直交している。この面11と風車翼取付部10Aとの交点を点A,Bとする。
なお、面11は、軸線中心OA,OB,OCを通って回転軸線Lに交差するようにしても略同等の荷重条件を得ることができる。また、面11は、軸線中心OA,OB,OCを通らずに、回転軸線Lに交差するようにしてもよい。
前部ロータヘッド13および後部ロータヘッド14はそれぞれ鋳造によって作成される。このとき、前部ロータヘッド13および後部ロータヘッド14は、接合部16が上になるように鋳型を形成し、溶湯を下部から注入し、接合部16から余分なカス等を出すようにする。
言い換えると、風車翼取付部10A,10B,10Cを相互に接近して設けることができる。
本実施形態では、鞍部15の大きさが溶湯を流下するのに必要な断面積と無関係であるので、風車翼取付部10A,10B,10Cを回転軸線Lの方向へ移動させて鞍部15の大きさを鞍部15Aのように小さくすることができる。
このように、鞍部15を鞍部15Aのように小さくできるので、風車翼6の大きさを変えずにロータヘッド4をロータヘッド4Aのように小型化することができる。
言い換えれば、同じ大きさの風車翼6を取り付ける場合、本実施形態では、ロータヘッド4の大きさを小さくすることができる。
このように、前部ロータヘッド13および後部ロータヘッド14を接合するときの位置を決めるリーマ穴18に合わせて鋳物の機械加工、たとえば、旋回輪の取付面の加工を行うので、前部ロータヘッド13および後部ロータヘッド14を合体して、ロータヘッド4を正確に形成することができる。
外輪取付面に、外輪27を取り付けてナセル3の主軸8に装着する。さらに、風車翼取付部10A,10B,10Cに風車翼6を取り付ける。
たとえば、本実施形態では、ロータヘッド4は2分割されているが、これは3分割以上としてもよい。この場合、いずれかの分割面は、本実施形態と同様に回転軸線Lに交差する方向に設定される。
Claims (7)
- 複数の風車翼が軸線回りに放射状に取り付けられている風力発電装置のロータヘッドであって、
複数に分割されて形成された分割体を接合して構成され、該分割体同士の接合部分の少なくとも一つは前記軸線に交差する面内に形成され、
前記接合部分は、前記各風車翼の軸線中心を通る面内に形成された鞍部に位置するとともに、厚さ方向の外側および内側に突起するように設けられている風力発電装置のロータヘッド。 - 前記分割体は2個とされている請求項1に記載された風力発電装置のロータヘッド。
- 前記接合部分には、相互の接合位置を設定する位置決め部材が設けられている請求項1または2に記載された風力発電装置のロータヘッド。
- 前記接合部分には、溶湯の入口または出口が設けられている請求項1から3のいずれかに記載された風力発電装置のロータヘッド。
- 風力を受ける複数の風車翼と、
請求項1から請求項4のいずれか1項に記載されたロータヘッドと、
該ロータヘッドの回転により発電を行う発電設備と、
が設けられている風力発電装置。 - 請求項1から4のいずれかに記載された風力発電装置のロータヘッドの製造方法であって、
鋳造される前記分割体の前記接合部分が上になるように鋳型を形成し、
溶湯を前記鋳型の下部から注入し、前記接合部分を溶湯の出口とする風力発電装置のロータヘッドの製造方法。 - 請求項1から4のいずれかに記載された風力発電装置のロータヘッドの搬送組立方法であって、
前記分割体をそれぞれ別個に組立現場に搬送し、
該組立現場にて、搬送された前記分割体同士を、前記接合部分を用いて接合する風力発電装置のロータヘッドの搬送組立方法。
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